Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе

Эллис Джордж

3.6. Изменчивые константы

Когда мы оцениваем долгосрочные космологические перспективы, важно точно знать, что в космосе не может измениться, сколько бы мы ни ждали. Такие неизменные величины у физиков принято называть «природными константами». Предполагается, что они всегда одни и те же. Существуют различные полученные в наблюдениях и экспериментах строгие ограничения, которые подтверждают это предположение, и стандартные модели физики элементарных частиц и космологии большого взрыва исходят именно из этой неизменности. Однако, если одной или нескольким из этих констант суждено измениться, пусть величина изменения сейчас и кажется совершенно незначительной для каких бы то ни было практических целей, в отдаленном будущем это может радикально изменить картину нашей вселенной.

До недавних пор у нас не было никаких положительных свидетельств того, что некоторые традиционные природные константы — не просто константы. Разрабатывались теории, рассматривающие последствия изменений G, гравитационной постоянной Ньютона, но этот вопрос ставился преимущественно в чисто теоретическом ключе с целью установить ограничения на допустимые вариации с помощью наблюдательных данных. Однако, к общему изумлению, серия тщательных наблюдательных исследований [37, 38, 39] показала, что в красном смещении, между единицей и тройкой, тонкая структура становится приблизительно на семь миллионных долей меньше.

Теоретическое исследование [7, 8] этой ситуации открыло весьма необычную черту вселенных с изменчивостью таких констант, как константа тонкой структуры или G. Если вселенная плоская и ее космологическая константа равна нулю, то значение будет оставаться постоянным в раннюю эру излучения, но начинает изменяться в пылевую эру, пока кривизна вселенной или энергия вакуума не начнут влиять на расширение. Когда кривизна вселенной или энергия вакуума контролируют расширение, все изменения а прекращаются. Таким образом, для жизни может быть существенно, что кривизна или энергия вакуума в нашей вселенной не слишком малы [20] .Поскольку чем меньше эти эффекты, тем дольше будет возрастать значение .

20

Мы признаем вместе с тем, что жизнь, по–видимому, требует, чтобы кривизна и энергия вакуума не были бы слишком велики —иначе они начнут сдерживать расширение так рано в истории вселенной, что галактики и звезды просто не смогут сформироваться [6]. Следовательно, нельзя ожидать, что в подобных вселенных возникнет жизнь, основанная на атомных структурах.

В конце концов оно станет слишком большим для существования атомов, и возможность жизни, как мы ее знаем, будет утеряна. В космологической истории существует определенная ниша для существования жизни, основанной на атомных структурах [9]. Существование крайне малого уровня пространственной кривизны, создающего открытую вселенную, или ненулевой энергии вакуума предотвращает возрастание константы альфа и позволяет атомам существовать в течение намного более долгих сроков.

Эти соображения показывают, что для создания достоверных и долгосрочных прогнозов о будущем вселенной и тех форм материи, которые смогут в ней существовать, необходимо полностью понимать феномен постоянства традиционных природных констант.

3.7. если эта теория верна — она не может быть оригинальной

Есть и последняя линия рассуждений, о которой также не следует забывать. В науке мы привыкли пренебрегать крайне маловероятными событиями несмотря на то, что они в принципе возможны. Например, законы физики допускают, что мой письменный стол взлетит и застынет в воздухе. Необходимо всего лишь, чтобы все его молекулы в ходе своих случайных движений одновременно устремились вверх. Такая возможность настолько невероятна даже в масштабе 15 миллиардов лет истории вселенной, что для всех практических целей о ней можно не вспоминать. Однако, когда перед нами бесконечное будущее, у любой фантастически невероятной физической случайности в конечном счете появляется немалый шанс воплотиться в жизнь. Энергетическое поле, сидящее на дне вакуумного ландшафта, рано или поздно совершит фантастический, невероятный прыжок вверх — прямо на вершину холма. Тогда для нас расширяющаяся вселенная начнется заново. Или, что еще более невероятно,

вся наша вселенная реализует ничтожную вероятность квантового перехода в другой тип вселенной?

Ни один обитатель вселенной, испытавший столь радикальное преобразование, не выживет. Впрочем, по мере роста системы вероятность ее драматического квантового преобразования уменьшается. Гораздо вероятнее, что такую перестройку пройдут отдельные объекты вселенной (например, камни, черные дыры или люди), чем то, что это произойдет со вселенной в целом. Эта возможность достаточно важна не столько потому, что мы можем предсказать, что может случиться в течение бесконечного времени, сколько потому, что предсказать это невозможно. Когда перед нами бесконечность, все,что может случиться, в ней обязательно случится.Хуже того (или лучше того), это будет случаться бесконечно часто.

На глобальном уровне вселенная может быть самовоспроизводящейся, но это лишь обеспечивает существование других расширяющихся областей с новыми началами. Быть может, кто-то из ее обитателей когда-нибудь овладеет техниками, которые будут нуждаться в возникновении этих локальных инфляции для того, чтобы упорядочивать их последствия и управлять ими. Для нас же бытие представляет какую-то странную симметрию. Возможно, однажды вселенная возникла из квантового вакуума, сохранив кое–какие незначительные воспоминания о его энергии. В далеком будущем эта энергия вакуума повторно заявит о своем присутствии и снова ускорит расширение, на этот раз, возможно, навсегда. Самовоспроизведение на глобальном уровне может положить начало новым большим взрывам, новым физикам, новым измерениям; но нашей мировой линии, нашей части вселенной, похоже, суждено в конце концов навсегда обратиться в однообразный, беззвездный и безжизненный пейзаж.

Хотел бы поблагодарить Мэри Энн Мейерс и Фонд Темплтона за приглашение на этот симпозиум, участников — за многочисленные и плодотворные дискуссии, а также Джорджа Койне и работников Понтификальной академии наук — за их неизменное гостеприимство.

Литература

1. Вак, P., How Nature Works(Oxford University Press, Ocford, and Copernicus, New York, 1996).

2. Barrow, J. D., Impossibility(Oxford University Press, Oxford, 1998).

3. Barrow, J. D., "Life, Universe, and Almost Everything", Physics World, 12,31–35 (1999).

4. Barrow, J. D., and Dabrowski, M., "Oscillating Universes", Mon. Not. Roy. Astron. Soc, 275,850–62 (1995).

5. Barrow, J. D., and Tipler, F. J., "Eternity Is Unstable" Nature, 276,453 (1978).

6. Barrow, J. D., and Tipler, F. J., TheAnthropic Codmobgical Principle(Oxford University Press, Oxford, 1986).

7. Barrow, J. D., Sandvik, H., and Magueijo, J., "The Behaviour of Varying-Alpha Cosmologies", Phys. Rev. D., 65,063504 (2002).

8. Barrow, J. D., Sandvic, H., and Magueijo, J., "A Simple Varying-Alpha Cosmology", Phys. Rev. Lett., 88,031302 (2002).

9. Barrow, J. D., Sandvik, H., and Magueijo, J., "Anthropic Reasons for Non-zero Flatness and L", Phys. Rev. D., 65,1235XX (2002).

10. Bernal, J. D., The World, the Flesh, and the Devil,2 ^nded. (Indiana University Press, Bloomington, 1969, 1 ^sted,. 1929), 63.

11. Clark, S. R.L., How to Live Forever (Routledge, London, 1995).

12. Darwin, C, On the Origin of Species by Means of Natural Selection,2 ^nded. (Murray, London, 1860), 489.

13. Dyson, F., "Life in an Open Universe", Rev. Mod. Phys., 51,447 (1979).

14. Eddington, AS., "The End of the World: From the Standpoint of Mathematical Physics", Nature, 127,447–53 (1931).

15. Eldredge, N., Macro-Evolutionary Dynamics(Mc-Graw-Hill, New York, 1989).